JP4590395B2 - Current sensor and current sensor offset removal method - Google Patents
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Description
本発明は、ホール素子を用いた電流センサおよび電流センサのオフセット除去方法に関する。 The present invention relates to a current sensor using a Hall element and an offset removal method for the current sensor.
磁気−電気変換機能を持つホール素子は、電気的絶縁を必要とする電流センサとして利用され、測定回路に比べて高電圧になる線路や各種電気機器のライン電流を検出するために、ギャップを有するコアを介してライン電流で発生する磁界の強さを電圧に変換して電流検出信号として取り出すものである。しかし、このホール素子には、部品較差、固体差等に伴う固有のオフセットが存在し、このオフセットは、さらに感度のバラツキや温度変化等の環境的な要因によって変化する特性を有している。 Hall elements having a magnetic-electrical conversion function are used as current sensors that require electrical insulation, and have gaps to detect line currents of lines and various electric devices that have higher voltages than measurement circuits. The intensity of the magnetic field generated by the line current through the core is converted into a voltage and extracted as a current detection signal. However, this Hall element has an inherent offset due to component differences, individual differences, and the like, and this offset further has a characteristic that changes due to environmental factors such as sensitivity variations and temperature changes.
そのため、こうしたオフセットを除去する方法として、ホール素子の出力を予め測定し、オフセットレベルが規定値に合うように予めトリミングを行い調整する方法がある。しかしながら、この方法は、応答速度が速いという利点を有するものの、径時変化にともなう特性の劣化や環境温度の変化等の要因によって、一度調整したオフセット値がずれてしまうという問題がある。 Therefore, as a method for removing such an offset, there is a method in which the output of the Hall element is measured in advance and trimmed in advance so that the offset level matches a specified value. However, although this method has an advantage that the response speed is fast, there is a problem that the offset value that has been adjusted once is shifted due to factors such as deterioration of characteristics due to changes with time and changes in environmental temperature.
そのため、上記の問題に対応するために、動的にホール素子のオフセットを除去する方法として、ホール素子に印加する駆動電圧の極性を切り替えて、出力された信号の差分値を得ることにより、ホール素子のオフセットを除去する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、電源の極性を切り替えるための時間や出力信号が安定するまでの時間、演算に必要な時間等が制約となり、電源の極性を切り替える周波数を上げることに限界があったために、応答性が悪いという問題があった。
However, in the method described in
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、応答性に優れた動的なオフセット除去を可能とする電流センサおよび電流センサのオフセット除去方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a current sensor and a current sensor offset removal method that enable dynamic offset removal with excellent responsiveness.
本発明は、上記の課題を解決するために以下の事項を提案している。
(1)本発明は、ホール素子を用いた電流センサであって、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、前記センサ信号を前記切り換えられる電源の極性に対応して、サンプルホールドするサンプルホールド手段と、該サンプルホールド手段により得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出するオフセット抽出手段と、前記センサ信号抽出手段から抽出した前記センサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセット抽出手段において抽出されたオフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する出力信号生成手段と、を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。
The present invention proposes the following items in order to solve the above problems.
(1) The present invention is a current sensor using a Hall element, wherein a sensor signal extracting means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element, and the sensor The sample hold means for sample-holding the signal corresponding to the polarity of the switchable power source, the sample hold signal corresponding to the positive polarity obtained by the sample hold means, and the sample hold signal corresponding to the negative polarity are added. an offset extracting means for extracting the offset and combines both the signals obtained by removing the extracted offset in the offset extracting means from the sensor signal and the signal obtained by inverting the sensor signal extracted from said sensor signal extracting means Output signal generating means for generating an output signal having a continuous waveform. It has proposed a current sensor and butterflies.
この発明によれば、サンプルホールド手段により得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出するとともに、センサ信号と、このセンサ信号を反転させた信号からオフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号およびこのセンサ信号を反転させた信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 According to the present invention, the sample hold signal corresponding to the positive polarity obtained by the sample hold means and the sample hold signal corresponding to the negative polarity are added to extract the offset, and the sensor signal and the sensor signal are An output signal having a continuous waveform is generated by synthesizing both signals obtained by removing the offset from the inverted signal. Therefore, when the sample and hold circuit is used by removing the offset of the sensor signal and the signal obtained by inverting the sensor signal by the offset extracted from the sensor signal and reassembling and synthesizing the signal from which the offset is removed The response delay can be mitigated.
(2)本発明は、(1)の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、2つのスイッチを有するスイッチ回路網(例えば、図1のスイッチ回路網11に相当)を備え、該スイッチ回路網の2つのスイッチを前記電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、前記双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。
(2) The present invention relates to the current sensor of (1), wherein the output signal generating means includes a switch circuit network having two switches (for example, equivalent to the
この発明によれば、スイッチ回路網の2つのスイッチを電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、双方の信号を合成する。すなわち、電源の切換周期に応じて、双方の信号を部分的につなぎ合わせることにより、出力信号を生成する。したがって、スイッチを用いた簡易な構成でオフセットを除去しつつ、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和した出力信号を得ることができる。 According to the present invention, the two signals are synthesized by alternately closing the two switches of the switch network according to the switching cycle of the power source. That is, according to the switching cycle of the power source, an output signal is generated by partially connecting both signals. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the influence of response delay when the sample hold circuit is used is reduced while offset is removed with a simple configuration using a switch.
(3)本発明は、(1)の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、前記双方の信号をそれぞれ半波整流するダイオード(例えば、図2のダイオードアレー20に相当)を備え、該ダイオードにより半波整流された信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。
(3) The present invention relates to the current sensor of (1), wherein the output signal generating means includes a diode (for example, equivalent to the
この発明によれば、双方の信号をダイオードにより半波整流し、この半波整流した信号を加算して出力信号を生成する。したがって、複雑な制御を行うことなく、ダイオードを用いた簡易な構成でオフセットを除去しつつ、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和した出力信号を得ることができる。 According to the present invention, both signals are half-wave rectified by the diode, and the half-wave rectified signals are added to generate an output signal. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the influence of the response delay when the sample hold circuit is used is mitigated while removing the offset with a simple configuration using a diode without performing complicated control.
(4)本発明は、ホール素子を用いた電流センサであって、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、切り換えられる電源の極性に対応して、前記センサ信号をサンプルホールドし、正の極性に対応した第1のサンプルホールド信号と負の極性に対応した第2のサンプルホールド信号とを生成するサンプルホールド回路と、前記第1のサンプルホールド信号と第2のサンプルホールド信号とを加算し、オフセットを抽出するオフセット抽出手段と、前記第1のサンプルホールド信号から前記オフセットを除去した第1の信号と前記第2のサンプルホールド信号を反転した信号から前記オフセットを除去した第2の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する出力信号生成手段と、を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。 (4) The present invention is a current sensor using a Hall element, which is switched to sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element. A sample-and-hold circuit that samples and holds the sensor signal in response to the polarity of the power source, and generates a first sample-and-hold signal corresponding to the positive polarity and a second sample-and-hold signal corresponding to the negative polarity; An offset extracting means for adding the first sample hold signal and the second sample hold signal to extract an offset; a first signal obtained by removing the offset from the first sample hold signal; the sample-and-hold signal from the inverted signal by synthesizing the second signal obtained by removing the offset output signals forming a continuous waveform It proposes a current sensor comprising: the output signal generating means for generating for the.
この発明によれば、正の極性に対応した第1のサンプルホールド信号と負の極性に対応した第2のサンプルホールド信号とを加算し、オフセットを抽出するとともに、第1のサンプルホールド信号からオフセットを除去した第1の信号と第2のサンプルホールド信号を反転した信号からオフセットを除去した第2の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、第1の信号と第2の信号からオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 According to the present invention, the first sample hold signal corresponding to the positive polarity and the second sample hold signal corresponding to the negative polarity are added to extract the offset, and the offset from the first sample hold signal. generating a first signal and an output signal constituting the second signal and the continuous waveform synthesis to the removal of the offset from the inverted signal of the second sample hold signal to remove. Accordingly, by removing the offset from the first signal and the second signal and reassembling and synthesizing the signals from which these offsets have been removed, the response delay when using the sample hold circuit can be mitigated.
(5)本発明は、(4)の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、2つのスイッチを有するスイッチ回路網(例えば、図4のスイッチ回路網11に相当)を備え、該スイッチ回路網の2つのスイッチを前記電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、前記第1の信号と第2の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。
(5) The present invention provides the current sensor of (4), wherein the output signal generating means includes a switch circuit network having two switches (for example, equivalent to the
この発明によれば、スイッチ回路網の2つのスイッチを電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、双方の信号を合成する。すなわち、電源の切換周期に応じて、双方の信号を部分的につなぎ合わせることにより、出力信号を生成する。したがって、スイッチを用いた簡易な構成でオフセットを除去しつつ、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和した出力信号を得ることができる。 According to the present invention, the two signals are synthesized by alternately closing the two switches of the switch network according to the switching cycle of the power source. That is, according to the switching cycle of the power source, an output signal is generated by partially connecting both signals. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the influence of response delay when the sample hold circuit is used is reduced while offset is removed with a simple configuration using a switch.
(6)本発明は、ホール素子を用いた電流センサのオフセット除去方法であって、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出する第1のステップ(例えば、図6のステップS101に相当)と、該抽出したセンサ信号を前記切り換えられる電源の極性に対応して、サンプルホールドし、その結果得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出する第2のステップ(例えば、図6のステップS102に相当)と、前記抽出したセンサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する第3のステップ(例えば、図6のステップS103、S104に相当)と、を有することを特徴とする電流センサのオフセット除去方法を提案している。 (6) The present invention is a current sensor offset removal method using a Hall element, wherein the polarity is switched to the Hall element, power is supplied, and a sensor signal output from the Hall element is extracted. (For example, corresponding to step S101 in FIG. 6) , the sampled sensor signal is sampled and held corresponding to the polarity of the switched power source, and the sample and hold signal corresponding to the positive polarity obtained as a result is negative. A second step (for example, corresponding to step S102 in FIG. 6) of adding an offset to the sample hold signal corresponding to the polarity and extracting the offset from the extracted sensor signal and a signal obtained by inverting the sensor signal. synthesis of both signals to remove to third step of generating an output signal which forms a continuous waveform (e.g., step S1 of FIG. 6 3, S104 and equivalent) to propose a method of removing offsets current sensor characterized by having a.
この発明によれば、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出し、抽出したセンサ信号からオフセットを抽出する。そして、抽出したセンサ信号とこのセンサ信号を反転させた信号からオフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、(1)と同様の作用が期待できる。 According to this invention, the polarity is switched to the Hall element to supply power, the sensor signal output from the Hall element is extracted, and the offset is extracted from the extracted sensor signal. Then, the extracted sensor signals and both signals obtained by removing the offset from the signal obtained by inverting the sensor signals combined to produce an output signal which forms a continuous waveform. Therefore, the same action as (1) can be expected.
本発明によれば、ホール素子のオフセット除去に関して、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和しつつ、動的なオフセット除去を簡易な構成で実現できるという効果がある。また、従来の方式のように、順方向のセンサ出力と逆方向のセンサ出力とが揃わなくても、順方向のセンサ出力とオフセットあるいは逆方向のセンサ出力とオフセットにより出力信号を得ることができるため、従来の半分の周期で出力信号を得ることができ、これにより、応答特性を改善することができるという効果がある。 According to the present invention, regarding the offset removal of the Hall element, there is an effect that the dynamic offset removal can be realized with a simple configuration while reducing the influence of the response delay when the sample hold circuit is used. Moreover, even if the forward sensor output and the reverse sensor output are not aligned as in the conventional method, an output signal can be obtained by the forward sensor output and offset or the reverse sensor output and offset. Therefore, an output signal can be obtained with a half period of the prior art, thereby improving the response characteristics.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
図1に示すように、スイッチ回路網2は、4つのスイッチSa、Sb、Sc、Sdからなっている。スイッチSaは、一端が定電流源1に、他端がホール素子3の電流端子3aに接続され、スイッチSbは、一端がグランドに、他端がホール素子3の電流端子3aに接続され、スイッチScは、一端が定電流源1に、他端がホール素子3の電流端子3bに接続され、スイッチSdは、一端がグランドに、他端がホール素子3の電流端子3bに接続されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a circuit configuration of a current sensor according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
ホール素子3は、例えば、十字形をなし、相対向する電流端子3a、3bと相対向するホール端子3c、3dの4つの端子が設けられ、ホール端子3cは、差動増幅器4の正端子に、ホール端子3dは、差動増幅器4の負端子に接続されている。また、差動増幅器4の出力端子は、サンプルホールド回路5、6に接続されている。
The
サンプルホールド回路5の出力端子およびサンプルホールド回路6の出力端子は、加算器7に接続され、加算器7の出力は、除算器を介して、LPF(Low Pass Filter)8に接続されている。また、LPF8の出力端子は、減算器9のマイナス端子および減算器10のプラス端子に接続されている。
The output terminal of the
また、減算器9のプラス端子および減算器10のマイナス端子には、差動増幅器4の出力端子が接続され、減算器9の出力端子は、スイッチ回路網11内のスイッチSeに、減算器10の出力端子は、スイッチ回路網11内のスイッチSfに接続されている。スイッチSeおよびスイッチSfの他端ともに、LPF12に接続され、LPF12の出力は、電流センサのセンサ信号出力端子に接続されている。
The output terminal of the
ここで、定電流源1は、一定の電流を供給する電源であり、スイッチ回路網2は、図示しない制御部により、定電流源1から供給される電流の極性を切り替えてホール素子3に供給する。ホール素子3は、磁気を電気信号に変換する素子であり、差動増幅器4は、入力される信号の差分を増幅して出力する増幅器である。また、サンプルホールド回路5、6は、入力信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングした値を一時的に保持する回路であり、スイッチ回路網11は、入力される2つ信号を電源の極性切り換え周期に応じて、通過および遮断することにより、入力される2つ信号を合成して出力信号を生成する。また、LPF8は、サンプルホールド回路5、6から抽出したオフセットを平滑化して安定させる機能を有し、LPF12は、スイッチ回路網11で合成された信号から、電源の極性切り換えに伴う高周波ノイズを除去して滑らかな出力信号を生成する。なお、差動増幅器4のゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。
Here, the constant
次に、図1、図5および図6を用いて、本実施形態に係る電流センサの動作について説明する。
まず、ホール素子3にリファレンス信号として、図5(1)に示す信号を入力する。スイッチ回路網2は、図示しない制御部のコントロールにより、所定の周期で、定電流源1からの電流の極性を切り替えてホール素子3の電流端子3a、3bに電流を供給する。ホール素子3は、供給される電流の極性に応じた出力信号(HE+、HE−)をホール端子3c、3dから差動増幅器4に出力する。
Next, the operation of the current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 5, and FIG.
First, a signal shown in FIG. 5A is input to the
差動増幅器4は、ホール素子3からの出力信号(HE+、HE−)に応じて、図5(2)に示すような信号(HESig)を出力する(図6のステップS101)。ここで、図5(2)において、実線で示された信号波形は、供給された電流が正極性のときのものであり、一点鎖線で示された信号波形は、供給された電流が負極性のときのものである。
The
次に、差動増幅器4から出力された信号は、ホール素子3に供給される電流の極性に応じて、サンプルホールド回路5または6に入力される。すなわち、図5(2)に示す実線部分の信号は、サンプルホールド回路5に、図5(2)に示す一点鎖線の部分の信号は、サンプルホールド回路6に入力される。
Next, the signal output from the
サンプルホールド回路5および6では、入力した信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、その値をホールドする。そして、サンプルホールド回路5および6から出力された信号(HESig+、nHESig)は、加算器7に入力され、2倍の値を有するオフセット(2HEof)が抽出される。この2倍の値を有するオフセット(2HEof)は、除算器により1/2の値のオフセット(HEof)とされ、LPF8に入力される。そして、LPF8の出力からは、図5(3)に示すようなオフセットが抽出され(図6のステップS102)、このオフセットは、減算器9のマイナス端子および減算器10のプラス端子に供給される。
The sample and hold
一方、差動増幅器4から出力された信号(HESig)は、減算器9のプラス端子および減算器10のマイナス端子に供給される。そして、減算器9の出力端子からは、図5(4)に示すように、差動増幅器4から出力された信号に対して、LPF8から出力されるオフセットを除去した信号が出力され、減算器10の出力端子からは、図5(5)に示すように、差動増幅器4から出力された信号(HESig)を反転した信号に対して、LPF8から出力されるオフセットを除去した信号が出力される。
On the other hand, the signal (HESig) output from the
減算器9の出力信号は、スイッチ回路網11のスイッチSeに供給され、減算器10の出力信号は、スイッチ回路網11のスイッチSfに供給される。ここで、スイッチSeは、定電流源1を正の極性あるいは負の極性に切り換えるスイッチ回路網2の切り換え周期のうち、例えば、正の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となり、スイッチSfは、負の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となる。これにより、電源の切換周期に応じて、図5(4)および図5(5)に示す信号を部分的につなぎ合わせた合成信号が得られる。得られた合成信号は、LPF12を介して、図5(6)に示す信号として出力される。
The output signal of the
したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号およびこのセンサ信号を反転させた信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to the present embodiment, by removing the offset of the sensor signal and the signal obtained by inverting the sensor signal by the offset extracted from the sensor signal, by reassembling and synthesizing the signal from which the offset is removed, Response delay when using the sample and hold circuit can be reduced.
<第1の実施形態の変形例>
図2は、第1の実施形態の変形例に係る電流センサの回路構成を示している。
第1の実施形態との相違点は、第1の実施形態に係るスイッチ回路網11をダイオードD1、ダイオードD2からなるダイオードアレーに置き換えた点にある。なお、差動増幅器4のゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。
<Modification of First Embodiment>
FIG. 2 shows a circuit configuration of a current sensor according to a modification of the first embodiment.
The difference from the first embodiment is that the
本変形例によれば、ダイオードD1およびダイオードD2を設けることにより、ダイオードD1のカソード側からは、減算器9の出力の半波波形が得られ、ダイオードD2のカソード側からは、減算器10の出力の半波波形が得られる。そして、ダイオードD1とダイオードD2のカソード側をともに接続することにより、減算器9の出力の半波波形と減算器10の出力の半波波形とを合成した信号を得ることができる。したがって、複雑な制御を行うことなく、簡易な構成でオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することができる。なお、上記ダイオードは、単一の素子としては、閾値Vfを有するため、例えば、オペアンプによって構成する理想ダイオードを用いた方がよい。
According to this modification, by providing the diode D1 and the diode D2, a half-wave waveform of the output of the
<第2の実施形態>
図3は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
なお、第1の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略する。また、差動増幅器4のゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。
<Second Embodiment>
FIG. 3 shows a circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment.
In addition, about the component which attaches | subjects the same code | symbol as 1st Embodiment, since it has the same function, detailed description is abbreviate | omitted. Further, it is assumed that the gain of the
図3に示すように、本実施形態に係る電流センサの回路構成は、第1の実施形態に係る電流センサの回路構成における減算器9および減算器10に代わって、マイナス端子にLPF8からのオフセットを入力し、プラス端子に差動増幅器4からの出力信号を入力する減算器13と、入力した信号波形を反転させる反転器14とを設けた構成となっている。
As shown in FIG. 3, the circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment is an offset from the
本実施形態の電流センサでは、減算器13により、差動増幅器4からの出力信号に含まれるオフセットを除去し、スイッチ回路網11にこのオフセットを除去した信号と、反転器14によりオフセットを除去した信号を反転した信号を入力し、第1の実施形態と同様の手法により合成された出力信号を生成する。
In the current sensor of this embodiment, the
したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号のオフセットを除去するとともに、オフセットが除去されたセンサ信号とオフセットが除去されたセンサ信号を反転した信号から信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to this embodiment, the offset of the sensor signal is removed by the offset extracted from the sensor signal, and the signal is reassembled from the sensor signal from which the offset is removed and the signal obtained by inverting the sensor signal from which the offset is removed. By synthesizing them, the response delay when using the sample and hold circuit can be reduced.
<第3の実施形態>
図4は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
なお、第1の実施形態および第2の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略する。また、差動増幅器4のゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。
<Third Embodiment>
FIG. 4 shows a circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment.
In addition, about the component which attaches | subjects the same code | symbol as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, since it has the same function, detailed description is abbreviate | omitted. Further, it is assumed that the gain of the
図4に示すように、スイッチ回路網2のスイッチSaは、一端が定電流源1に、他端がホール素子3の電流端子3aに接続され、スイッチSbは、一端がグランドに、他端がホール素子3の電流端子3aに接続され、スイッチScは、一端が定電流源1に、他端がホール素子3の電流端子3bに接続され、スイッチSdは、一端がグランドに、他端がホール素子3の電流端子3bに接続されている。
As shown in FIG. 4, the switch Sa of the
ホール素子3のホール端子3cは、差動増幅器4の正端子に、ホール端子3dは、差動増幅器4の負端子に接続されている。また、差動増幅器4の出力端子は、サンプルホールド回路5、6に接続されている。
The
サンプルホールド回路5の出力端子およびサンプルホールド回路6の出力端子は、加算器7に接続され、加算器7の出力は、除算器を介して、LPF(Low Pass Filter)8に接続されている。また、LPF8の出力端子は、減算器9のマイナス端子および減算器10のプラス端子に接続されている。
The output terminal of the
また、サンプルホールド回路5の出力端子は、減算器9のプラス端子に接続され、サンプルホールド回路6の出力端子は、減算器10のマイナス端子に接続されている。減算器9の出力端子は、スイッチ回路網11内のスイッチSeに、減算器10の出力端子は、スイッチ回路網11内のスイッチSfに接続されている。スイッチSeおよびスイッチSfの他端ともに、LPF12に接続され、LPF12の出力は、電流センサの出力端子に接続されている。
The output terminal of the sample and hold
サンプルホールド回路5の出力信号(HESig+)は、図5(7)に示す信号であり、サンプルホールド回路6の出力信号(nHESig)は、図5(8)に示す信号である。これらの信号を加算器7で加算することによってオフセット(2HEof)が抽出される。この抽出したオフセットは、除算器、LPF8を介して、減算器9のマイナス端子および減算器10のプラス端子に供給される。
The output signal (HESig +) of the sample and hold
サンプルホールド回路5からの出力信号(HESig+)およびLPF8からのオフセットが入力された減算器9からは、図5(9)に示すような信号が出力され、サンプルホールド回路6からの出力信号(nHESig)およびLPF8からのオフセットが入力された減算器10からは、図5(10)に示すような信号が出力され、これらの信号がそれぞれ、スイッチ回路網11のスイッチSe、スイッチSfに入力される。
The
ここで、スイッチSeは、定電流源1を正の極性あるいは負の極性に切り換えるスイッチ回路網2の切り換え周期のうち、例えば、正の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となり、スイッチSfは、例えば、負の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となる。これにより、電源の切換周期に応じて、図5(9)および図5(10)に示す信号を部分的につなぎ合わせた合成信号が得られる。得られた合成信号は、LPF12を介して、図5(6)に示す信号として出力される。
Here, the switch Se is closed at, for example, the timing of switching to the positive polarity in the switching cycle of the
したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりサンプルホールド回路の2つの出力信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to the present embodiment, the offset of the two output signals of the sample and hold circuit is removed by the offset extracted from the sensor signal, and the signal from which these offsets are removed is reassembled and synthesized to obtain the sample and hold circuit. Response delay when using can be mitigated.
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述の実施形態においては、ホール素子に供給する電源の極性を切り換えることにより、オフセットの除去(チョッパスタビライゼーション)とオフセットの検出を行う手法について説明したが、シリコンのホール素子の場合には、素子の製造工程において生じる歪みやパッケージに対する応力等の影響によりピエゾ抵抗効果が生じ、これにより生じるオフセットの方が大きいという特徴がある。そのため、シリコンのホール素子の場合には、ホール素子に印加する電源と信号出力端子の関係を90度回転させて、得られた出力信号によりオフセットの除去(チョッパスタビライゼーション)やオフセットの検出を行うことが望ましい。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the method of performing offset removal (chopper stabilization) and detecting the offset by switching the polarity of the power source supplied to the Hall element has been described. In the case of a silicon Hall element, There is a feature that a piezoresistive effect is generated due to the influence of the distortion generated in the device manufacturing process, the stress on the package, etc., and the resulting offset is larger. Therefore, in the case of a silicon Hall element, the relationship between the power supply applied to the Hall element and the signal output terminal is rotated 90 degrees, and offset removal (chopper stabilization) and offset detection are performed using the obtained output signal. Is desirable.
1・・・定電流源、2、11・・・スイッチ回路網、3・・・ホール素子、4・・・差動増幅器、5、6・・・サンプルホールド回路、7・・・加算器、8、12・・・LPF(ローパスフィルタ)、9、10、13、15、16・・・減算器、14・・・反転器、20・・・ダイオードアレー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、
前記センサ信号を前記切り換えられる電源の極性に対応して、サンプルホールドするサンプルホールド手段と、
該サンプルホールド手段により得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出するオフセット抽出手段と、
前記センサ信号抽出手段から抽出した前記センサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセット抽出手段において抽出されたオフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサ。 A current sensor using a Hall element,
Sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting the sensor signal output from the Hall element;
Sample-and-hold means for sample-holding the sensor signal in accordance with the polarity of the switched power supply;
An offset extracting means for extracting an offset by adding a sample hold signal corresponding to a positive polarity obtained by the sample hold means and a sample hold signal corresponding to a negative polarity;
An output signal having a continuous waveform is generated by synthesizing both of the sensor signal extracted from the sensor signal extracting unit and the signal obtained by inverting the sensor signal and removing the offset extracted by the offset extracting unit. Output signal generating means for
A current sensor comprising:
ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、
切り換えられる電源の極性に対応して、前記センサ信号をサンプルホールドし、正の極性に対応した第1のサンプルホールド信号と負の極性に対応した第2のサンプルホールド信号とを生成するサンプルホールド回路と、
前記第1のサンプルホールド信号と第2のサンプルホールド信号とを加算し、オフセットを抽出するオフセット抽出手段と、
前記第1のサンプルホールド信号から前記オフセットを除去した第1の信号と前記第2のサンプルホールド信号を反転した信号から前記オフセットを除去した第2の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサ。 A current sensor using a Hall element,
Sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting the sensor signal output from the Hall element;
A sample and hold circuit that samples and holds the sensor signal corresponding to the polarity of the power source to be switched, and generates a first sample and hold signal corresponding to the positive polarity and a second sample and hold signal corresponding to the negative polarity When,
An offset extraction means for adding the first sample hold signal and the second sample hold signal to extract an offset;
A first waveform obtained by removing the offset from the first sample hold signal and a second signal obtained by removing the offset from a signal obtained by inverting the second sample hold signal are combined to form a continuous waveform. Output signal generating means for generating an output signal;
A current sensor comprising:
ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出する第1のステップと、
該抽出したセンサ信号を前記切り換えられる電源の極性に対応して、サンプルホールドし、その結果得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出する第2のステップと、
前記抽出したセンサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセットを除去した双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する第3のステップと、
を有することを特徴とする電流センサのオフセット除去方法。 An offset removal method for a current sensor using a Hall element,
A first step of switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element;
The extracted sensor signal is sampled and held in accordance with the polarity of the switched power supply, and the resulting sample and hold signal corresponding to the positive polarity and the sample and hold signal corresponding to the negative polarity are added and offset. A second step of extracting
A third step of generating an output signal having a continuous waveform by synthesizing both the extracted sensor signal and a signal obtained by inverting the sensor signal by removing the offset;
A method for removing an offset of a current sensor, comprising:
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